Qu'est-ce qu'un transformateur élévateur et un transformateur abaisseur ?

Les transformateurs sont des dispositifs statiques essentiels au transfert efficace de l'énergie électrique d'un circuit à un autre. Lorsque l'énergie circule dans un transformateur, la tension qui entre à l'entrée, ou extrémité primaire, est modifiée pour répondre au besoin spécifique de la sortie, ou extrémité secondaire. Dans un transformateur élévateur, le niveau de tension est augmenté à la sortie, tandis que dans un transformateur abaisseur, le niveau de tension est réduit. Cet article traite de la structure et de l'utilisation des transformateurs élévateurs et abaisseurs, ainsi que de certains principes régissant le transport de l'électricité.

Table des matières

• Qu'est-ce qu'un transformateur élévateur et un transformateur abaisseur ?
• Principe de fonctionnement des transformateurs
• Principe de fonctionnement du transformateur élévateur
• Principe de fonctionnement du transformateur abaisseur
• Réversibilité du fonctionnement du transformateur
• Applications des transformateurs élévateurs
• Applications des transformateurs abaisseurs de tension
• FAQ

Qu'est-ce qu'un transformateur élévateur et un transformateur abaisseur ?

Un transformateur élévateur augmente la tension d'entrée et la transmet à la charge, tandis qu'un transformateur abaisseur diminue la tension d'entrée au niveau de la charge. La haute tension est nécessaire pour une transmission efficace de l'énergie, mais l'énergie doit être utilisée par les consommateurs à une tension inférieure pour des raisons de sécurité. Le passage de la basse tension à la haute tension pour la transmission nécessite un transformateur élévateur. Dans certains pays, les transformateurs élévateurs sont d'une valeur inestimable. Par exemple, le niveau de production d'électricité en Inde est de 11 kV ; des transformateurs élévateurs sont donc nécessaires dans les centrales électriques. En bref, un transformateur élévateur élève la tension à des fins de transmission.

Les transformateurs abaisseurs convertissent la haute tension en basse tension. Le niveau de puissance est ainsi adapté aux besoins de chaque appareil connecté aux systèmes d'alimentation dans les foyers ou les entreprises. Les circuits d'alimentation des habitations sont de 230V -110V, mais certaines fonctions ne nécessitent que 16V. Des transformateurs abaisseurs sont donc nécessaires pour réduire la tension au niveau de puissance inférieur.

En outre, les circuits séparés des systèmes électriques des habitations et des entreprises partagent généralement la même fréquence. Mais souvent, les besoins en tension diffèrent. C'est pourquoi de petits transformateurs élévateurs ou abaisseurs sont inclus dans la conception de nombreux appareils ménagers. Les transformateurs élévateurs et abaisseurs peuvent être monophasés ou triphasés, selon le type d'alimentation utilisé. Les transformateurs élévateurs et abaisseurs ont des fonctions différentes et sont conçus dans de nombreuses configurations, en fonction des besoins de chaque situation spécifique.

Principe de fonctionnement des transformateurs

Un transformateur est constitué de deux ensembles de fils (voir figure 2) :

• L'enroulement primaire (A) : collecte la puissance
• Enroulement secondaire (B) : fournit l'énergie

Les enroulements primaire et secondaire sont enroulés ensemble sur un noyau de circuit magnétique en fer, mais ces bobines ne sont pas en contact l'une avec l'autre, comme le montre la figure 2. Le noyau est constitué d'un matériau magnétique doux composé de tôles (figure 2 étiquetée C) reliées entre elles afin de réduire les pertes du noyau. La perte dans le noyau est la perte d'énergie dans le noyau causée par un flux magnétique alternatif. Un champ magnétique instable finit par détruire le fonctionnement du noyau.

Lorsque l'enroulement primaire (figure 2 étiquetée A) est connecté à une alimentation électrique, le courant circule dans la bobine et un champ magnétique est induit. Une partie de ce champ magnétique se lie aux enroulements secondaires (figure 2 étiquetée B) par induction mutuelle, produisant ainsi un flux de courant et une tension du côté secondaire (charge). La tension produite du côté de la charge est proportionnelle au nombre de tours de l'enroulement secondaire par rapport à celui de l'enroulement primaire. La transformation de la tension est donnée par

V1 / V2 = N1 / N2 = I2 / I1

• V1 : Tension appliquée à l'enroulement primaire du transformateur
• V2 : Tension produite au niveau de l'enroulement secondaire (de charge) du transformateur
• N1 : Nombre de tours dans l'enroulement primaire
• N2 : Nombre de tours dans l'enroulement secondaire
• I2 : Courant circulant dans les enroulements secondaires
• I1 : Courant circulant dans les enroulements primaires

Lisez notre article sur les transformateurs électriques pour plus de détails sur la construction et les différentes manières de connecter un transformateur.

Principe de fonctionnement du transformateur élévateur

Un transformateur élévateur augmente la tension au niveau des enroulements secondaires par rapport au côté primaire. D'après l'équation de transformation de la tension, pour que V2 soit supérieur à V1, la valeur de N2 doit être supérieure à N1 (voir figure 3). Par conséquent, dans un transformateur élévateur,

• N2 > N1
• V2 > V1
• I2 < I1

Un transformateur élévateur diminue toujours le courant (tout en augmentant la tension) du côté secondaire par rapport à celui du côté primaire. En effet, les puissances totales au primaire et au secondaire du transformateur sont égales. L'épaisseur des bobines du transformateur dépend de la capacité du courant qu'il est censé transporter. Dans un transformateur élévateur, le côté primaire transporte plus de courant ; c'est pourquoi on utilise un fil de cuivre isolé épais pour l'enroulement primaire et un fil de cuivre isolé fin pour le côté secondaire. Un transformateur est généralement évalué par le produit de la tension et du courant en kVA (kilo-voltampères). Lisez notre article sur le calculateur de transformateur pour plus de détails sur la puissance associée à un transformateur.

Exemple

Si un transformateur 1:10 est soumis à une tension de 10V au niveau de l'enroulement primaire,

• N1 = 1
• N2 = 10
• V1 = 10V
• Par conséquent, V2 = (N2 / N1) ✕ V1 = 100V

La tension au secondaire du transformateur est dix fois supérieure à celle appliquée au primaire.

Avantages du transformateur élévateur

• Entretien facile
• Haute efficacité
• Démarrage rapide
• Transmetteur de puissance

Inconvénients du transformateur élévateur

• Nécessite un système de refroidissement
• Fonctionne uniquement sur les signaux de courant alternatif (CA)
• Grande taille

Principe de fonctionnement du transformateur abaisseur

Un transformateur abaisseur de tension diminue la tension au niveau des enroulements secondaires par rapport au côté primaire. D'après l'équation de la transformation de la tension, pour que V2 soit inférieur à V1, la valeur de N2 doit être inférieure à N1. Par conséquent, dans un transformateur abaisseur,

• N2 < N1
• V2 < V1
• I2 > I1

Un transformateur abaisseur augmente toujours le courant (tout en diminuant la tension) du côté secondaire par rapport à celui du côté primaire. Dans un transformateur abaisseur, le côté secondaire transporte plus de courant ; on utilise donc un fil de cuivre isolé épais pour l'enroulement secondaire, et un fil de cuivre isolé fin pour le côté primaire. Les transformateurs abaisseurs sont couramment utilisés dans les transformateurs basse tension pour les applications d'éclairage paysager.

Exemple

Si un transformateur 100:1 est soumis à une tension de 10V au niveau de l'enroulement primaire,

• N1 = 100
• N2 = 1
• V1 = 10V
• Par conséquent, V2 = (N2 / N1) ✕ V1 = 0,1V

La tension sur le côté secondaire du transformateur est 100 fois inférieure à la tension appliquée sur le côté primaire.

Avantages du transformateur abaisseur

• Durabilité et fiabilité élevées
• Moins le coût
• Haute efficacité
• Fournit différentes tensions d'alimentation pour les applications domestiques courantes

Inconvénients du transformateur abaisseur

• Nécessite un entretien important
• Fonctionne uniquement sur courant alternatif

Réversibilité du fonctionnement du transformateur

Les fonctions de transformation de puissance ascendante et descendante peuvent être réalisées à l'aide du même transformateur. La différence de fonctionnement réside dans la manière dont le transformateur est connecté au circuit. Si l'alimentation d'entrée est réalisée sur l'enroulement basse tension, le transformateur fonctionne comme une version élévatrice. Le même transformateur peut être utilisé comme version abaissée de l'alimentation d'entrée s'il est connecté à l'enroulement haute tension.

Applications des transformateurs élévateurs

• Les transformateurs élévateurs, dont les enroulements primaires sont constitués d'un fil de cuivre isolé épais et qui élèvent la tension à 11 000 volts ou plus, sont nécessaires pour les utilisateurs ayant des exigences particulières en matière de puissance, comme les machines à rayons X, les micro-ondes et les applications dans les centrales électriques.
• Les transformateurs élévateurs sont utilisés pour distribuer l'énergie électrique dans les lignes de transmission à haute puissance.
• Ces transformateurs sont utilisés pour renforcer les appareils électroniques.

Applications des transformateurs abaisseurs de tension

Les transformateurs abaisseurs sont couramment utilisés dans :

• Les équipements ménagers courants tels que les CD, la télévision et les sonnettes.
• Stabilisateurs de tension
• Onduleurs
• Réseaux de distribution d'électricité
• Frais de téléphone mobile
• Lignes de transmission

FAQ

Quel est le principe scientifique fondamental qui sous-tend le fonctionnement des transformateurs ?

Un transformateur fonctionne par induction mutuelle, ce qui signifie qu'une bobine porteuse de courant produit un champ magnétique proportionnel et vice-versa.

Un autre type de transformateur est-il nécessaire pour augmenter ou diminuer la puissance ?

Le même type de transformateur peut être utilisé dans les deux cas. La fonction d'un transformateur dépend de la façon dont il est placé dans un circuit.